10912

подвержены суточным колебаниям, предполагается использование нако- пительных емкостей. Из-за близкого размещения к источнику- температу- ра максимальна. За счет расположения, упрощается схема извлечения теп- лоты, следовательно, уменьшается стоимость конструкции, а также сокра- щаются тепловые потери. Тепло наиболее чистых сточных вод (от сти- ральной машины, душа, раковины) с помощью теплообменников можно использовать для подогрева поступающей холодной воды.

Рисунок 2- Виды теплоотбора

Извлечение теплоты из коллектора отличается меньшей температу- рой, постоянством достаточного расхода, при смежной канализации- влия- нием талых вод и осадков. Больший расход дает возможность снабжать теплом несколько зданий.

Рекуперация тепла после водоочистной станции подразумевает под собой минимальную температуру сточных вод, но в данном случае она может быть максимально утилизирована. Снижение температуры стоков благотворно, так как они сбрасываются в дальнейшем в водоемы, темпера- тура которых ниже сточных вод. Смягчение влияния на водоем, его тепло- вой режим, весьма положительно сказывается на его фауне. Понижение температуры воды, повышает растворимость в ней кислорода. Извлечения тепла на станции водоочистки характеризуется высоким расходом и отсут- ствием колебаний. Также отпадает проблема загрязнения теплообменника. В случае если станция расположена недалеко от жилого квартала, именно этот способ рекуперации наиболее предпочтителен.

Рассмотрим схему телонасосоной установки(ТНУ) на канализацион- но-насосной станции (рисунок 3). Очищенные стоки направляются в испа- ритель 11 ТН, где их тепло применяют для нагрева холодной воды перед индивидуальным тепловым пунктом 16 в конденсаторе 14. После испари- теля 11 отработанные стоки сливают в канализацию. Полезно используется воздух рециркуляции в пластинчатом теплообменном аппарате 15 для предварительного подогрева теплоносителя.

200

Рисунок 3- Схема ТНУ на КНС

Средняя температура стоков выходящих из очистных сооружений зимой от 7,7 до 11,9°С, летом от 13,8 до 17,9°С. Отбирать тепловую энер- гию для отопления или системы ГВС, можно максимум до 2°С температу- ры данной воды. Средняя разница температур составит зимой- от 5,7 до 9,9°С, летом- от 11,8 до 15,9°С. При охлаждении 1 м3 на 1°С можно полу- чить 1 КВт тепловой энергии.

Количество получаемой полезной тепловой энергии среднего потен- циала, исключая потери, равно сумме тепловых энергий низкого и высоко- го потенциалов, что обуславливает энергетическую, а следовательно, экономическую и экологическую эффективность подобных энергетических установок.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

201

1.Васильев Г.П. Анализ препятствий на пути повышения энергоэф- фективности жилого фонда Москвы / Г.П. Васильев // Энергосбережение. – 2010.

2.Горшков В.Г. Тепловые насосы. Аналитический обзор // Справоч- ник промышленного оборудования. – 2004.

3.Дадонов В.А. Анализ опыта решения проблем энергетической эф- фективности в Скандинавских странах и перспективы его адаптации в рос- сийских условиях [Электронный ресурс] / В.А. Дадонов, А.А. Кухно // Электронное научно-техническое издание «Инженерный журнал: наука и инновации». М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2014. – № 6(30). – URL: http://engjournal.ru/articles/1226/1226.pdf (27.04.2016).

4.Thermally driven heat pumps for heating and cooling / Universitätsverlag der TU Berlin; [A. Kuhn (Ed.)] – Berlin, Germany. – 2013.

ЖАКЕВИЧ М.О., канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры водоснабжения, водоотведения, инженерной экологии и химии; ЗИМИНА С.С., студент

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия, zsvetlana-221@mail.ru

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД

Основным источником загрязнения объектов водопользования являются сточные воды. Они содержат возбудителей опасных заболеваний и являются основным источником микробного загрязнения объектов окружающей среды, в том числе поверхностных пресных и морских вод, подземных водоносных горизонтов, питьевой воды и почвы, что является фактором риска распространения возбудителей инфекций.

Основная цель обеззараживания сточных вод — это обеспечение эпидемической безопасности при их отведении в водные объекты, используемые для хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного водопользования, при применении в промышленном водоснабжении в открытых и закрытых системах, а также при отведении на поля орошения [1].

На сегодняшний день основными реально применимыми методами обеззараживания городских сточных вод являются: хлорирование, озонирование и УФ-облучение.

Хлорирование - процесс обеззараживания воды с применением

202

хлорсодержащих агентов, которые вступают в реакцию с водой или растворенными в ней солями. Вследствие взаимодействия хлорсодержащих агентов с протеинами и аминосоединениями содержащимися в оболочке бактерий и их внутриклеточном веществе, происходят окислительные процессы, химические изменения внутриклеточного вещества, распад структуры клеток, гибель бактерий и других микроорганизмов [5].

Принцип обеззараживающего действия хлора заключается в окислении и инактивации ферментов, входящих в состав протоплазмы клеток бактерий. При хлорировании сточных вод происходит повреждение оболочки клетки бактерии и разрушение нуклеиновой кислоты [4].

Эффект дезинфекции при использовании хлора зависит от двух ключевых факторов: количественной концентрации хлора в воде и временным отрезком его контакта с водой.

При хлорировании сточных вод из-за непостоянства их химического состава строгая дозировка хлора затруднена. В соответствии с СНиПом 2.04.03-85 и СП 32.13330 [4] установлены дозы хлора для снижения Coli- форм на 99,9% в зависимости от степени очистки, обеспечивающие бактерицидный эффект, следует принимать, табл.1.

Таблица 1 - Рекомендуемая доза хлора в зависимости от степени очистки сточной воды

Расчетную дозу активного хлора следует принимать с учетом хлоропоглощаемости сточных вод при обеспечении остаточного хлора в очищенной воде после контакта не менее 1,5 мг/л [6].

При окислительных процессах с участием хлора в стоках образуют- ся фураны, хлордибензопарадиоксины, обладающие высокой токсично- стью к живым организмам, промышленные производства, предприятия бытового обслуживания населения, использующие продукцию хлорорга-

203

нических производств, как правило являются источниками загрязнений. Современные методы очистки воды не позволяют выводить из стоков фу- раны, что снижает полезность применения хлора при обеззараживании.

Кроме хлорирования, одним из наиболее распространенных и эффективных химических методов обеззараживания сточных вод является озонирование.

Главное направление использования озона - улучшение качества очистки питьевых и сточных вод путем окисления содержащихся в них органических и минеральных веществ (фенола, нефтепродуктов, пестицидов, сероводорода, железа, марганца, СПАВ и др.)[6,7].

Дезинфекция воды озоном идет во много раз быстрее, чем хлором. Озон (О3) - аллотропная модификация кислорода. Он представляет

собой токсичный газ бледно-фиолетового цвета. Озон обладает высокой бактерицидной активностью и обеспечивает надежное обеззараживание сточной воды даже по отношению к вирусам и спорообразующим бактериям. Благодаря сильной окислительной способности озон разрушает клеточные мембраны и стенки.

Одним из критериев безопасности применения озонирования для обеззараживания является идентификация продуктов трансформации с точки зрения оценки токсичности и опасности сточных вод, поступающих в водный объект. При использовании хлора, для обеззараживания, вода более токсична, чем при обработке озоном (рисунок 1).

Рисунок 1 - Влияние дозы и вида окислителя на токсичность воды

Обработка сточных вод озоном позволяет получить более высокую степень очистки (удаление бактерий, вирусов, грибов) и обезвредить различные токсичные соединения.

Однако озон более токсичен, чем хлор. Существует опасность взрыва озоно-воздушной смеси. Повышенное внимание должно уделяться качественной деструкции остаточной озоно-воздушной смеси, обеспечивая тем самым исключение возможности негативного влияния на окружающую среду и необходимую экологическую безопасность.

Физическим методом обеззараживания сточных вод является метод

204

УФ-облучения. Одной из основных причин распространения метода УФ- обеззараживания послужил тот факт, что хлорирование воды приводит к образованию опасных побочных продуктов.

Ультрафиолетовое обеззараживание воды заключается в поглощении лучей излучения нуклеиновыми кислотами, которое предполагает разрыв или изменение химических связей органической молекулы в результате поглощения энергии излучения.

УФ излучение – метод обеззараживания, основанный на фотохимических реакциях, которые приводят к необратимым повреждениям ДНК и РНК микроорганизмов.

Эффект обеззараживания основан на воздействии ультрафиолетовых лучей с длиной волны 200-300 нм на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток (рисунок 2). Бактерицидный эффект зависит от прямого воздействия ультрафиолетовых лучей на каждую бактерию.

Рисунок 2 - Спектр УФ-лучей, воздействующий на микроорганизмы

Степень инактивации микроорганизмов УФ-облучением зависит от интенсивности и времени контакта сточной воды с УФ-излучением [3].УФ- облучение отличается высокой скоростью реакции, для обеззараживания всего объема жидкости требуется несколько секунд. Все виды бактерий, спор и микроорганизмов гибнут через 4-8 минут после облучения. Физические и химические свойства воды при этом не меняются. Для эффективного обеззараживания вода должна быть прозрачной и бесцветной. Толщина слоя облучаемой воды должна быть 15-20 см [2].

Таблица 2 – Максимальные значения физико-химических показателей, при которых не снижается эффективность обеззараживания

Сравнительная характеристика воздействия хлора, озона и УФ

205

облучения на различные виды патогенных микроорганизмов приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Относительные дозы хлора, озона и УФ облучения, которые необходимы для обеззараживания сточных вод.

В данной работе были рассмотрены методы обеззараживания городских сточных вод.

Хлорирование сточных вод имеет несколько причин, из-за которых в последнее время идет отказ от использования хлора: образование мутагенных и канцерогенных хлорорганических соединений, высокой токсичностью хлора и образующихся хлорорганических производных, недостаточной эффективностью обеззараживающего эффекта по отношению к вирусам.

Ограниченное применение озонирования связанно с высокими эксплуатационными расходами, сложностью электроразрядных озонаторов и образованием токсичных продуктов при обеззараживании сточных вод.

УФ-обеззараживание получило широкое распространение, связанное с инактивационной эффективностью воздействия УФ-облучения на вирусы, обусловленной отсутствием образования вторичных продуктов и экологической безопасностью.

В России УФ обеззараживание имеет преимущество как перед хлорированием, так и перед озонированием.

На основе проведенного анализа методов обеззараживания сточных вод, а также опыта применения УФ – установок на различных станциях очистки сточных вод, данной работой рекомендуется УФ – обеззараживание сточных вод.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.ГОСТ Р 57469-2017 Химические дезинфицирующие средства. Средства для обеззараживания сточных вод. Критерии оценки и показатели эффективности. М., 2017.

2.Куликов Н.И., Найманов А.Я., Омельченко Н.П., Чернышев В.Н. «Теоретические основы очистки воды». - Макеевка: МакИСИ, 2009. -

206

298c.

3.Луговской А.Ф. Оценка методов обеззараживания воды / А.Ф. Луговской, А.В. Мовчанюк, И.А. Гришко // сборник статей НТУ Украины «Киевский политехнический институт», г.Киев, Украина. 103-111 с.

4.МУ 2.1.5.800-99 «Организация госсанэпиднадзора за обеззараживанием сточных вод. Методические указания»

5.Сартакова О.Ю., Горелова О.М.. Чистая вода: традиции и новации: Учебное пособие. – Барнаул:Изд-во Алт ГТУ, 2002. – 178 с.

6.СП 32.13330.2012. Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85. – Введ. 2013-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 2012. - 85 с.

7.http://www.svarog-uv.ru/imagesfoto/disinfwastewater.pdf ЗАО

«Сварог» Обеззараживание питьевой воды, сточных вод. Водоподготовка, водоочистка.

КАЩЕНКО О.В., канд. техн. наук, доцент кафедры водоснабжения, водоотведения, инженерной экологии и химии; КАЗАКОВ Н.Д., студент; ИВАНОВ Н.В., студент

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия, nek550@yandex.ru

ПРОБЛЕМА УТИЛИЗАЦИИ ОСАДКОВ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД

Процесс эффективной полной биологической очистки городских сточных необратимо влечёт за собой образование значительного количе- ства осадка, являющегося основным видом отходов на канализационных очистных сооружениях. Как правило, общая схема очистки городских сточных вод предполагает 3 стадии: механическую, биологическую и хи- мическую (обеззараживание). Механическая и биологическая стадии очистки ведут к формированию соответствующих отходов. В процессе механической очистки из сточных вод с помощью специальных решеток удаляется бытовой мусор, затем вода направляется в песколовки, спо- собствующие удалению песка. После песколовок сточные воды поступают в первичные отстойники, где происходит осветление стоков за счет вы- деления взвешенных частиц в осадок (осадок сточных вод). В Российской Федерации в целом образуется более 2 млн. тонн осадков очистных соору- жений ежегодно в пересчёте на сухое вещество. Тем не менее, на вопросы,

207

касающиеся обработки и утилизации осадка уделяют гораздо меньше вни- мания, чем на параметры очистки сточных вод.

На текущий момент можно сказать, что проблемы обработки и ути- лизации осадков сточных вод составляют основную технологическую и экономическую сложность в процессах очистки сточных вод.

Сущность экологической ситуации определяется условиями, при кото- рых происходит складирование накопленных осадков, к сожалению, как правило в больших объёмах, на территории очистных сооружений. Ненад- лежащие условия складирования осадков сточных вод приводят к постоян- ному загрязнению подземных и поверхностных вод, а также почв прилега- ющих территорий. Неблагоприятное развитии подобной ситуации может привести к целой экологической катастрофе.

Острота проблемы в технологическом плане создаётся накоплением огромных объёмов осадков на иловых картах, что достаточно сильно нару- шает технологический режим работы очистных сооружений. Ввиду этого возникают непредусмотренные технологией новые отвалы осадка вблизи иловых карт, что также влечёт за собой загрязнение окружающей среды.

На сегодняшний день большинство образующегося и обработанного осадка городских сточных вод складируется на иловых площадках, отвалах и т.д. К сожалению, условия складирования не исключают возможности загрязнения ими окружающей среды. В настоящее время известно доста- точное количество технических решений и предложений, позволяющих решить рассматриваемую проблему. Но стоит заметить, что необходим непосредственно комплексный подход к решению. При решении проблемы утилизации осадка будет решаться сразу ряд немаловажных вопросов: уменьшаться капитальные и эксплуатационные финансовые затраты на очистных сооружениях, будет решаться экологическая задача, связанная с накоплением и хранением осадков.

Также стоит отметить, что необходимо по возможности максимально использовать осадок, образующийся на канализационных очистных со- оружениях, для вторичного его применения. Это может быть использова- ние песка из песколовок для строительства автомобильных дорог, земля- ных сооружений. Одним из наиболее полезных, но в то же время тяжело выполнимых направлений является применение осадка, извлекаемого пер- вичными и вторичными отстойниками в сельском хозяйстве в качестве удобрений, поскольку такой осадок имеет в составе большое количество элементов, необходимых для питания растений. Осложняется такое ис- пользование осадка не только несовершенством существующих механиз- мов и транспортных средств, но и самое важное содержанием в составе осадка сточных вод солей тяжёлых металлов.

На наш взгляд, одним из наиболее перспективных направлений ути- лизации осадков сточных вод являются методы, позволяющие использо- вать как энергетический, так и материальный потенциал ОСВ. Такими ме-

208

тодами сегодня являются пиролиз и сжигание. При этих процессах не только используется энергия, образующаяся при обработке ОСВ, но и идёт применение вторичных отходов в составе сырьевых примесей в строитель- ных материалах и не только.

Пиролиз, или сухая перегонка, представляет собой процесс термиче- ской переработки осадков путем высокотемпературного нагрева без до- ступа воздуха. В процессе такой переработки осадков получают по отно- шению к абсолютно сухим веществам около 50% твердых остатков (уголь, полукокс, или пирокарбон), примерно 25% жидких продуктов (смола или первичный деготь) и 12-15% смеси газообразных продуктов. Наиболее ценными продуктами пиролиза являются пирокарбон и смола, или де- готь. При современных технологических разработках они являются целе- выми продуктами или полуфабрикатами для дальнейшей химической пе- реработки.

Производство углеродистых материалов из осадков сточных вод приобретает особо важное значение в связи с острой нехваткой углероди- стого сырья вообще. Углерод, как химический элемент, представляет со- бой важнейшую составную часть всех органических веществ в природе. Утилизация осадков сточных вод путем пиролизной переработки открыва- ет новые возможности перспективного использования всех осадков, осо- бенно в тех случаях, когда по содержанию токсичных или других вред- ных веществ не представляется возможным их использовать как удобре- ние или кормовой продукт.

Вотходах процесса пиролиза осадков можно выделить дополни- тельные продукты, которые можно использовать в народном хозяйстве: серу, азот, фосфор. Разработаны также технологии для переработки смо- лы (первичного дегтя) в целях получения бензина, керосина, пека, орга- нических оснований, кислого гудрона.

ВОАО «НИИ ВОДГЕО» были проведены исследования по исполь- зованию активного ила как сырья для получения активированного угля (АУ) для осветления сточных вод. Также был применен пиролиз избыточно- го активного ила для получения активированного угля как сорбента. Для производства АУ в мировой практике используется такие органические ма- териалы, как древесина и древесный уголь, торф, ископаемые угли, и т.д.

Исследования после изучения состава активного ила, основную массу которого составляют органические вещества, в том числе много белков и выше 50%углерода, показали перспективность использования активного ила для получения АУ.

Сегодня разработаны технологические схемы получения активиро- ванных углей, проверенные на промышленных установках, которые могут быть использованы при переработке избыточного активного ила. Техноло- гический процесс осуществляется следующим образом: активный ил, обезвоженный до влажности 50-55%, из сборника поступает в грануля-

209